毛攀，方正東 （1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

1 總體設(shè)計

橋梁平面位于圓曲線（起始樁號為K30+253，終止樁號為K31+569，半徑6000 m，右偏），橋梁縱斷面設(shè)計主要考慮的因素有航道的通航凈空尺度要求、大堤凈空要求、最高通航水位、路線縱坡、臺后填土高度等。

擬建橋梁航道高程控制。航道等級為天然和渠化河流Ⅵ級航道，設(shè)計最高通航水位28.68 m，按照通航凈空高度控制在設(shè)計最高通航水位以上不小于8.00 m 的要求，因此通航孔范圍內(nèi)梁底高程在運(yùn)營情況下不得低于36.68 m。

主橋?yàn)楠?dú)塔不對稱斜拉橋，跨徑布置為130 m+95 m。橋梁橫斷面布置為1.25 m（錨索區(qū)）+0.50 m（護(hù)欄）+11.75 m（行車道）+0.50 m（護(hù)欄）+1.00 m（中分帶）+0.50 m（護(hù)欄）+11.75 m（行車道）+0.50 m（護(hù)欄）+1.25 m（錨索區(qū)），因此全寬為29.00 m。

主梁為組合梁，鋼主梁采用“工”字型，橋面板預(yù)制，通過濕接縫現(xiàn)澆形成整體；塔柱采用矩形塔，高97.4 m，主跨及邊跨側(cè)均設(shè)置12 對斜拉索。過渡墩采用柱式墩接蓋梁，塔柱及橋墩采用承臺接群樁基礎(chǔ)，樁基采用鉆孔灌注樁，按摩擦樁設(shè)計。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 主縱梁設(shè)計

主梁是由“工”字型縱、橫梁及小縱梁通過各種形式連接而組成的鋼結(jié)構(gòu)框架。橋面系采用預(yù)制混凝土橋面板，濕接縫采用現(xiàn)澆收縮補(bǔ)償混凝土，架設(shè)于鋼梁之上，通過與鋼梁的剪力釘連接，形成組合梁結(jié)構(gòu)，主梁全斷面寬度為29.0 m，工字梁高度為3.0 m，兩鋼縱梁梁肋間距為28.1 m。

全橋斷面上共設(shè)置兩片鋼縱梁，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分布、運(yùn)輸安裝設(shè)備及方案、現(xiàn)場實(shí)際條件及架梁工藝與計劃安排等因素，全橋縱梁共劃分為7 類（編號為A～F），標(biāo)準(zhǔn)梁段長9.6 m。鋼縱梁腹板外側(cè)均設(shè)置有縱向加勁肋，斷面全高3.0 m，塔梁結(jié)合段增加至4.0 m。

橫梁兩端支承在兩片鋼縱梁上，計算跨度為27.2 m，橫梁均采用“工”字型斷面，標(biāo)準(zhǔn)段橫梁上翼緣板寬度600 mm、厚度30 mm，下翼緣板寬度600 mm、厚度50 mm，腹板厚度16 mm，標(biāo)準(zhǔn)間距3.2 m。

橫梁和橋面板在安裝過程中由于跨度較大，為保證其上部受壓區(qū)的穩(wěn)定和方便橋面板的施工，在兩主縱梁間設(shè)置了三道全橋通長的小縱梁。小縱梁上翼緣鋼板寬度600 mm、厚度16 mm，下翼緣板寬度400 mm、厚度12 mm，腹板高度300 mm、厚度10 mm。

拉索系統(tǒng)在主梁上的錨固形式采用錨拉板結(jié)構(gòu)，錨拉板位于鋼梁頂板處，通過焊接與鋼梁頂板形成整體。

圖1 谷河特大橋主橋橋型布置圖（單位：cm）

圖2 谷河特大橋主橋效果圖

橋面板通過主梁頂部的剪力釘與鋼梁結(jié)合成整體，剪力釘在橫梁上的排列考慮到橋面縱向預(yù)應(yīng)力筋布置的不同，分別排列。剪力釘設(shè)置在普通鋼筋間距中間并避開預(yù)應(yīng)力筋管道。全橋剪力釘均為工廠焊接，部分橋面板鋼筋所在區(qū)域的剪力釘需工地焊接，如剪力釘位置與鋼筋位置沖突，可適當(dāng)移動剪力釘位置。剪力釘?shù)臋z驗(yàn)、焊接工藝、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)及生產(chǎn)焊接控制均應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范要求。

2.2 橋面板設(shè)計

鋼梁上混凝土橋面板全寬29.0 m，支承在鋼主梁的邊主梁、小縱梁及橫梁組成的梁格體系上，橫梁每隔3.2 m 設(shè)置1 道，2 道主縱梁間設(shè)置3 道小縱梁，橋面板橫向按4 塊預(yù)制。橋面板設(shè)計為與上述梁格體系相結(jié)合的預(yù)制混凝土構(gòu)件，現(xiàn)澆濕接縫形成整體，混凝土橋面板與鋼主梁通過布置于鋼梁邊主梁、小縱梁及橫梁頂面的圓柱頭焊釘結(jié)合后共同受力?；炷翗蛎姘宸譃轭A(yù)制和現(xiàn)澆兩部分，現(xiàn)澆部分為預(yù)制板間現(xiàn)澆縫，鋼梁、小縱梁頂現(xiàn)澆帶。為減少混凝土收縮徐變對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，要求預(yù)制板存放時間不少于6 個月，現(xiàn)澆接縫及現(xiàn)澆混凝土橋面板采用C55 補(bǔ)償收縮混凝土，預(yù)制板與鋼梁接觸部分在鋼梁邊緣粘貼寬6.5 cm、厚1 cm 的橡膠條。預(yù)制混凝土面板沿橋中心線對稱布置，板厚26cm，橋面橫坡由支承預(yù)制橋面板的鋼梁邊主梁與小縱梁間高差形成。為提高鋼梁上現(xiàn)澆新舊混凝土之間的縱向抗剪能力，預(yù)制板邊緣開有鋸齒狀剪力槽，并要求作鑿毛處理。預(yù)制板間橫向現(xiàn)澆接縫寬度0.47 m、邊主梁現(xiàn)澆帶寬0.77 m、小縱梁頂現(xiàn)澆帶寬0.47 m，橋面板現(xiàn)澆部分應(yīng)注意養(yǎng)護(hù)，連續(xù)養(yǎng)護(hù)時間不少于14 天，防止出現(xiàn)干縮裂紋。過渡墩附近，混凝土橋面板縱向布置有預(yù)應(yīng)力筋，預(yù)應(yīng)力采用φs15.2-7mm 預(yù)應(yīng)力鋼束，預(yù)應(yīng)力束在橋面板濕接縫混凝土強(qiáng)度及彈模均達(dá)到90%且養(yǎng)護(hù)不少于7 天后方可張拉。預(yù)制橋面板采用支架安裝，在拼裝完成后的鋼梁上架設(shè)預(yù)制橋面板，現(xiàn)澆接縫連成整體與鋼梁結(jié)合，共同受力。

2.3 主塔設(shè)計

主塔全高（承臺頂面算起）97.4 m，包括上、下塔柱及上、下橫梁。主塔肢按普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，上、下橫梁按預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。

塔柱順橋向凈寬6.0 m，上塔柱塔肢橫向凈寬3.5 m，下塔柱橫向凈寬由3.5 m 漸變?yōu)?.0 m。塔柱為矩形斷面，塔柱中心為空，角點(diǎn)處均設(shè)有倒角，拉索錨固系統(tǒng)設(shè)置于上塔柱，上塔柱縱向塔壁厚度為1.2 m，橫向塔壁厚度為1.0 m，下塔柱為實(shí)心矩形截面。主塔與主梁固結(jié)，下橫梁為箱型斷面，按預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。上、下橫梁預(yù)應(yīng)力筋均錨固于塔柱外側(cè)，采用深埋錨工藝。主塔設(shè)置人孔，塔內(nèi)設(shè)置人行爬梯供養(yǎng)護(hù)期間檢修用。塔內(nèi)斜拉索錨固采用鋼錨箱錨固形式，斜拉索于塔內(nèi)張拉。

2.4 斜拉索、鋼錨箱設(shè)計

主、邊跨各設(shè)置12 對斜拉索，主跨斜拉索梁上標(biāo)準(zhǔn)索距9.6 m，邊跨錨索間距6.4 m，斜拉索采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860 MPa 鋼絞線體系，根據(jù)索力不同分別采用AM250-55、61、73 束鋼絞線。拉索主梁錨固形式采用錨拉板，拉索主塔錨固形式采用鋼錨箱，同時設(shè)置環(huán)向預(yù)應(yīng)力，張拉端設(shè)置于塔端，斜拉索安全系數(shù)不小于2.5。斜拉索應(yīng)具有索力測知設(shè)備，以便在施工過程及成橋運(yùn)營過程中測知索力變化情況，且索力測知設(shè)備應(yīng)具有可靠穩(wěn)定性，具有在斜拉索的壽命期內(nèi)可調(diào)整和可更換性；斜拉索需由制造廠家成套供貨，成套產(chǎn)品包括斜拉索、錨具、減震器、防雨罩、防護(hù)罩等，所有構(gòu)件必須經(jīng)嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)；斜拉索生產(chǎn)廠家應(yīng)提供拉索靜載試驗(yàn)報告、動載試驗(yàn)報告、疲勞試驗(yàn)報告。

斜拉索塔端錨固形式為鋼錨箱，鋼錨箱作為受力結(jié)構(gòu)主要承受作用于其上的一組斜拉索的水平分力，鋼錨箱錨固于塔柱內(nèi)壁上，單個塔肢設(shè)置12 套鋼錨箱。拉索的平衡水平分力直接作用于鋼錨箱，不平衡水平分力則作用于預(yù)埋鋼板及剪力釘傳至塔柱內(nèi)壁，由塔柱承受；豎向分力由剪力釘傳到塔身，全部由塔柱承受。上下鋼錨箱之間及塔壁預(yù)埋鋼板上下之間采用螺栓連接的方式。

2.5 主塔基礎(chǔ)及過渡墩墩柱、基礎(chǔ)設(shè)計

主塔采用塔接群樁基礎(chǔ)，承臺方形，長16.7 m，寬16.7 m，其下布置9 根直徑2.5 m 的根式鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，按摩擦樁設(shè)計。

過渡墩采用雙柱式矩形墩，橫向?qū)?.0 m，順向尺寸2.2 m，墩頂設(shè)置L型蓋梁，墩下為啞鈴型承臺接群樁基礎(chǔ)，承臺長7.4 m、寬7.4 m、厚3 m，承臺下為4根直徑1.8 m 的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基按摩擦樁設(shè)計。

3 結(jié)構(gòu)計算

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

3.1.1 主要材料參數(shù)

①橋面鋪裝：瀝青混凝土，容重

25kN/m3。

②鋼材：Es=2.1×105MPa。

③鋼絞線：fpk=1860MPa、Ep=1.95×105MPa。

3.1.2 計算荷載

①恒載：一期恒載包括主梁、橋面板自重，二期恒載包括鋪裝、護(hù)欄等。

②活載：公路-Ⅰ級，考慮車道偏載作用。

③溫度荷載：整體升溫32.0℃，整體降溫33.7 ℃。

④風(fēng)荷載：2.67 kN/m。

⑤支座沉降：取0.01 m，各種沉降的組合取最不利效應(yīng)。

3.2 靜力計算

3.2.1 計算模型

采用MIDAS CIVIL 建立空間有限元模型，全橋共1382 個節(jié)點(diǎn)、1564 個單元，吊桿及系梁鋼束采用桁架單元模擬。計算模型如圖3所示。

圖3 全橋計算模型

圖4 縱梁豎向撓度（單位：mm）

3.2.2 計算結(jié)果

①結(jié)構(gòu)剛度

根據(jù)計算結(jié)果，在活載作用下，主梁最大下?lián)隙戎禐?83 mm，最大上拱值為24 mm，主梁最大撓度值為107 mm，小于L/600=217 mm，滿足規(guī)范要求。

②主梁應(yīng)力

基本組合作用下，鋼縱梁應(yīng)力如圖5、圖6 所示?？v梁上緣最大壓應(yīng)力為202 MPa、下緣最大壓應(yīng)力為224 MPa，均小于鋼箱梁容許應(yīng)力設(shè)計值。

圖5 縱梁上緣應(yīng)力（單位：MPa）

圖6 縱梁下緣應(yīng)力（單位：MPa）

③吊桿承載力

承載能力極限狀態(tài)下吊桿的最大拉力接近于5446 kN，具體吊桿內(nèi)力分布如圖7所示。最大拉力吊桿設(shè)計值為61根15.2 mm直徑的1860鋼絞線，1000×5446/（140×61）≈638 MPa＜1005 MPa（設(shè)計值），滿足規(guī)范要求。

圖7 承載能力極限狀態(tài)吊桿內(nèi)力（單位：kN）

4 結(jié)論

本文主要對130 m+95 m 的獨(dú)塔不對稱斜拉橋——谷河特大橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行介紹。在設(shè)計階段結(jié)合斜拉橋總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計要求，選擇的合理的受力體系，使結(jié)構(gòu)受力簡明合理。并對橋梁進(jìn)行有限元計算分析，確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性符合受力需要，滿足規(guī)范要求，為同類型的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。